Comandos Elétricos, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

Baixe Comandos Elétricos e outras Notas de estudo em PDF para Tecnologia Industrial, somente na Docsity! Curso: Mecatrônica Módulo: I Carga Horária: 40h Docente: Turno: Turma: 2006 Discente: Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Comandos Elétricos Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Material Instrucional especialmente elaborado pelo Prof. Jorge Henrique para uso exclusivo do CETEB-CA. Camaçari/BA Março de 2006 5 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari − Transientes: variações rápidas e de curta duração dos valores de tensão ou de corrente, que podem causar atuação indevida do fusível. Com relação aos transientes, deve-se atentar principalmente quando o valor de i² t está muito próximo ao valor escolhido do fusível. Quando esse valor chegar em torno de 90% da corrente nominal, o fusível sempre se romperá; − Posição do fusível dentro do equipamento (espaço disponível, disposição, etc.); Outros detalhes a observar para cada caso. 1.2 TIPOS Há vários tipos de fusíveis, cada qual apropriado a uma ou mais aplicações. A seguir serão dadas algumas definições e figuras sobre alguns tipos de fusível. 1.2.1 ROLHA Tipo de fusível, atualmente pouco usado, mas que já foi muito utilizado, geralmente em conjunto com um tipo de chave faca, também pouco usada hoje em dia. Abaixo temos a figura e a descrição de um fusível tipo ROLHA. Fusível Rolha, em porcelana, contato em latão, visor, protetor transparente, 30A - 250VCA 1.2.2 Fusível CARTUCHO Os fusíveis do tipo cartucho são produzidos colocando-se o elemento fusível no interior de um cilindro de vidro, papel ou material sintético. Os fusíveis de vidro são utilizados em circuitos de baixa potência e circuitos eletrônicos, onde o vidro transparente possibilita uma análise visual do estado do fusível sem a retirada do mesmo do circuito. Há ainda os fusíveis de cartucho que usam corpo cilíndrico feito em papel ou material sintético. Para esses tipos de fusíveis, não há a possibilidade de visualização do elemento fusível, sendo necessário o teste elétrico para se avaliar o estado do mesmo. Esses fusíveis são usados até potências médias e, em alguns tipos, é colocada uma areia especial no interior do fusível com a finalidade de diminuir o arco elétrico e evitar danos ao invólucro do fusível. Fusível de vidro, cartucho, faixa de corrente de 0,1A a 30A Porta fusíveis circulares para fusível tipo cartucho 6 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Porta fusível retangular para PCI (Placa de Circuito Impresso), fusível tipo cartucho. Porta fusível retangular para fixação em painel (fusível tipo cartucho) 1.2.3 Fusíveis DIAZED Os fusíveis do tipo DIAZED são produzidos em material cerâmico, em formato que lembra uma garrafinha e são utilizados na proteção de curto-circuito em instalações elétricas residenciais, comerciais e industriais e que, quando normalmente instalados, permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental. O suporte do fusível é instalado no suporte apropriado, de modo que fique visível ao operador um sinalizador de queima, que é expelido quando o fusível se abre. Esse sinalizador apresenta cores indicadoras do valor de corrente do referido fusível. Alguns contêm areia especial no interior para diminuir o efeito do arco elétrico criado na abertura. Possuem categoria de utilização gL/gG em três tamanhos (DI, DII e DIII) atendem as correntes nominais de 2A a 100A e possuem elevada capacidade de interrupção: − Até 20A - 100kA − 25 a 63A - 70kA − 80 e 100A - 50kA em até 500VCA Através de parafusos de ajuste, impedem a mudança para valores superiores, preservando as especificações do projeto. Permitem fixação por engate rápido sobre trilho ou parafusos. Fusível DIAZED Conjunto completo, composto por: Base (com fixação rápida ou por parafusos); Anel de Proteção (ou alternativamente Capa de Proteção); Parafuso de Ajuste; Fusível; Tampa. No sistema 'D' (figura acima), a troca de um fusível por outro de maior valor só é possível com a substituição do parafuso de ajuste (exceção: para 2, 4 e 6A, quando o parafuso tem a mesma bitola, embora diferenciado nas cores). 7 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari A tabela abaixo indica a correspondência das cores do sinalizador de abertura do fusível com a corrente nominal de operação. INTENSIDADE COR DE CORRENTE (A) INTENSIDADE COR DE CORRENTE (A) INTENSIDADE COR DE CORRENTE (A) Rosa Marrom Verde Vermelho 2 4 6 10 Cinza Azul Amarelo 16 20 25 Preto Branco Laranja 35 50 63 1.2.4 Fusíveis NH Os fusíveis NH são construídos colocando-se o elemento fusível no interior de um corpo de cerâmica em formato de paralelepípedo, com lâminas de material condutor (contatos ou “facas”) dispostas longitudinalmente, possuindo também um indicador de abertura do fusível. Esses fusíveis são usados na proteção de sobrecorrentes de curto-circuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais. Possuem várias categorias de utilização e tamanhos e atendem correntes nominais de 6A a 1250A. Limitadores de corrente têm elevada capacidade de interrupção que chega a 120kA em até 500VCA. Os punhos garantem manuseio seguro na montagem ou substituição dos fusíveis. Os seus valores de energia de fusão e interrupção facilitam a determinação da seletividade e coordenação da proteção. Fusíveis NH Punho para manuseio 1.2.5 Fusíveis NEOZED Os fusíveis NEOZED possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto-circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais. Possui categoria de utilização gL/gG, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2A a 63A. Limitadores de corrente são aplicados para até 50kA em 400VCA. A sua forma construtiva (semelhante ao fusível cartucho), garante total proteção de toque acidental quando de sua montagem ou substituição. Possuem anéis de ajuste evitam alteração dos fusíveis para valores superiores, mantendo a adequada qualidade de proteção da instalação. A fixação pode ser rápida por engate sobre trilho ou por parafusos. 10 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Elo fusível para cartucho Matheus Cartucho tipo Matheus Chave de Manobra tio MATHEUS: utilizada em sistema de distribuição,uso em redes,onde os esforços provenientes de curto-circuito seja um fator relevante,operada por vara de manobra equipada com gancho para operação sob carga. Como exemplo, abaixo está uma tabela usada para determinação de parâmetros de escolha de fusíveis. Curvas tempo-corrente média para fusíveis NH 11 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Diâmetros de fios prata e cobre para fusíveis 1.2.10 DIMENSIONAMENTO DO FUSÍVEL Para dimensionar um fusível, devemos usar a seguinte fórmula: In = Irb * K, onde: In – corrente nominal do fusível Irb – corrente de rotor bloqueado do motor K – constante do motor, que varia de 0,3 a 0,5, dependendo da corrente de rotor bloqueado do motor. 2. RELÉS BIMETÁLICOS 2.1 DEFINIÇÕES As lâminas bimetálicas, bastante utilizadas em eletroeletrônica, são construídas pela junção de dois materiais metálicos condutores, com dilatações térmicas diferentes. Então, quando essas lâminas são submetidas a variações de temperatura, apresentam deformação curvilínea, pois os materiais, apesar de unidos, têm dilatação diferente. 12 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Aproveitando as propriedades da condução e da deformação, essas lâminas são utilizadas em vários tipos de circuitos elétricos e eletrônicos, desempenhando várias funções, como controle de temperatura, sinalização, proteção de circuitos. Lâminas bimetálicas têm utilização em eletrodomésticos como ferros elétricos, geladeiras, além de relés e disjuntores. Os relés são componentes do sistema elétrico que efetuam a comutação (abertura e fechamento) de contatos, abrindo e fechando circuitos, utilizando diversos tipos de construção. Como exemplo, temos os relés magnéticos, que utilizam os efeitos eletromagnéticos para o seu funcionamento, ou seja, quando o circuito elétrico de sua bobina é excitado ocorre a comutação dos contatos pelos efeitos do circuito magnético. Mas há outros tipos de acionamento e formas as mais diversas. Relé eletromagnético de trava com 1 a 6 contatos reversíveis com capacidade de 10A. Tensões disponíveis de bobina desde 6VCC até 220VCC e 6 até 440VCA. Os relés bimetálicos são relés baseados no princípio da dilatação de pares bimetálicos sobre os quais são montados os contatos móveis. Quando esse contato é percorrido por corrente elétrica, tem uma deformação que é proporcional à intensidade dessa corrente. Dessa forma, os fabricantes determinam a deformação da lâmina bimetálica de acordo com o valor de corrente que percorrerá a lâmina. Daí ser possível determinar a abertura de um contato dependendo da corrente elétrica que passará por ele, determinando assim um valor de proteção para determinado circuito. Quando corrente acima do previsto passar pelo contato formado pela lâmina bimetálica, esta se deformará e o circuito será aberto, suprimindo a passagem de corrente. Cessando a circulação de corrente pelo circuito, a lâmina se resfriará e voltará à sua posição inicial, fechando ou não o circuito, dependendo de sua configuração. Os relés bimetálicos são então utilizados para proteção contra sobrecargas. Conduzem até o valor nominal especificado de corrente, mas interrompem o circuito acima desse valor. Esses relés têm uma faixa de ajuste da corrente de atuação e, dentro dessa faixa, qualquer valor de corrente pode ser selecionado. Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: − Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; − Tempo de partida muito alto; − Rotor bloqueado; − Falta de uma fase; − Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede. Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Podem ser integrados em aparelhos de funções múltiplas, tais como contatores, disjuntores-motores, contatores-disjuntores ou podem ser instalados independentemente. A proteção correta contra as sobrecargas é evidente para otimizar o tempo de vida útil dos motores, impedindo o funcionamento em condições anormais de aquecimento, assegurando a continuidade de serviços das máquinas, equipamentos e instalações, evitando paradas bruscas e principalmente poder partir novamente o mais rápido possível após um disparo nas melhores condições de segurança para os equipamentos e usuários. A seguir serão mostrados figuras de tipos de relés e tabelas com dados técnicos de relés bimetálicos. 15 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos acima. O número de seqüência deve ser `9' (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. 3. RELÉS TEMPORIZADOS 3.1 DEFINIÇÕES Os relés temporizados são utilizados quando se necessita controlar o tempo de retardo na comutação de um circuito. Podem abrir ou fechar contatos conforme programação ou ainda fazer as duas ações ao mesmo tempo. São compostos de um contador interno, que será alimentado quando for necessário iniciar a contagem de tempo. O contador tem um baixo consumo de energia e os mecanismos de contagem mais utilizados são os mecânicos e os eletrônicos. Utilizados na automação de máquinas e processos industriais, especialmente em seqüenciamento, interrupções de comandos e em chaves de partida. A seguir, estão listados alguns termos comuns na literatura técnica para relés: − Pickup: ponto em que a tensão ou corrente injetada sensibilizam o relé de proteção, causando o início da operação em relés eletrônicos ou digitais e/ou o movimento do disco de indução em relés eletromecânicos; − Trip: ponto em que o relé de proteção fecha os contatos de saída. Isso ocorre quando o valor da corrente ou tensão de pickup permanece no sistema por um período de tempo especificado pelo usuário ou por um tempo definido por uma curva, também pré-determinada pelo usuário; − Dropout: retorno dos contatos dos relés de proteção à sua posição de repouso ou reset da unidade de proteção após ter executado com sucesso sua operação. 16 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Abaixo, seguem figuras de alguns relés temporizados e suas características. CTA – Relé de Tempo Relé de tempo com retardo na desenergização, o relé permanece sempre alimentado. Quando um contato externo se fecha, o relé CTA fecha, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre independente do contato externo estar fechado ou não. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. CTAD - Relé de tempo Relé de tempo com retardo na desenergização, aplicada a tensão de alimentação, o relé CTAD se fecha imediatamente, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre. Para repetir o ciclo é necessário interromper e aplicar novamente a tensão de alimentação. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. OPT – Relé de Tempo (pequeno) Relé de tempo com retardo na energização (tamanho pequeno), aplicada tensão de alimentação o relé OPT conta o tempo pré-ajustado e depois fecha. O relé só abre quando a alimentação for interrompida. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. 17 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Quando excitado, o dispositivo entra em funcionamento. Decorrido o tempo pré-regulado, estabelece-se no temporizador a comutação dos contactos mantendo-se nessa posição enquanto se mantiver excitado Os Relés temporizadores WEG RTW são dispositivos eletrônicos que permitem, em função de tempos ajustados, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Muito utilizados em automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores, quadros de comando, fornos industriais, injetoras, entre outros. Relé de tempo estrela-triângulo Especialmente fabricado para utilização em chaves de partida estrela-triângulo. Este relé possui dois contatos reversores e dois circuitos de temporização em separado, sendo um de tempo variável para controle do contator que executa a conexão estrela, e outro, com tempo pré-estabelecido e fixo (100ms) para controle do contator que executa a conexão triângulo. Funcionamento Após aplicada tensão nominal aos terminais A1 e A2, o contato de saída da etapa de temporização estrela comuta (15–18). Após decorrida a temporização selecionada (0 a 30s), o contato de saída da etapa estrela retorna ao repouso (15–16), principiando então a contagem do tempo fixo (100ms), ao fim do qual é atuado o contato de saída da etapa triângulo (25–28). 20 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Grandeza a medir Grandeza do parâmetro Grandeza Medida ou Instrumento de Medição Temperatura de gases líquidos e sólidos Resistência, etc Temperatura Desvio angular Impulsos de tensão Tacômetro Desvio angular Resistência Potenciômetro Força Resistência Sensor de membrana Vibração Tensão Sensor de vibração Intensidade de iluminação Resistência LDR Caudal Impulsos de tensão Transdutor de caudal Umidade relativa Capacidade Transdutor de umidades Ponto de orvalho Resistência Transdutor de orvalho ou condensação Distância Amplitude duma tensão sinusoidal; desfasagem em relação a uma senoide de referência; atraso temporal dum trem de impulsos Transdutores de ultrasons Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Sensor de nível Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Bimetal A seguir, veremos alguns exemplos físicos de transdutores. TRANSDUTORES DE CORRENTE OU TENSÃO EFICAZES (RMS) TGE 200 São utilizados para medição da corrente ou tensão eficazes de uma instalação. Estes transdutores necessitam de fonte de alimentação mesmo com saída 10mA. A figura mostra que o sinal de entrada (tensão ou corrente) é convertido em tensão alternada retificada em onda completa e transformado em função quadrática. Este sinal é amplificado e convertido em corrente na saída. 21 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari TRANSDUTORES DE POTÊNCIA ATIVA E REATIVA TGE 200 Medem as potências ativa e reativa de um sistema elétrica, proporcionando condições de análise do fator de potência dessa instalação. Estes transdutores necessitam de uma fonte auxiliar de alimentação. A unidade básica de medição fornece uma saída de -1mA.0...+1mA que pode ser amplificada para a saída escolhida conforme tabela 1 mediante um amplificador adequado. O circuito detecta a potência real mesmo quando a forma de onda da entrada estiver distorcida. O diagrama de bloco da figura 9 mostra que os sinais de corrente de tensão são modulados e uma seqüência de pulsos retangulares é gerada, com altura proporcional à tensão instantânea e largura proporcional à corrente instantânea. A integração desse sinal é proporcional à potência medida. O circuito dispõe ainda de proteção contra transitórios e sobrecarga. Vide a tabela 5 quanto aos tipos oferecidos. Transdutores para medição de temperatura de gases e sólidos Termistor estanque, para medição de temperatura de líquidos Transformadores de Potencial (TP’s): São utilizados na medição e proteção. Através de um valor de tensão mais alto fornecem um pequeno sinal que é enviado ao controle. Além de outras aplicações, são encontrados nas cabines de entrada de energia, fornecendo a tensão secundária de 220V, em geral, para alimentar os dispositivos de controle da cabine - reles de mínima e máxima tensão (que desarmam o disjuntor fora destes limites), iluminação e medição. A tensão de primário é alta, 13.8Kv ou maior. O núcleo é de chapas de aço-sílicio, envolvido por blindagem metálica, com terminais de alta tensão afastados por cones salientes, adaptados a ligação às cabines. Podem ser mono ou trifásicos. Permitem informações sobre falta de fase, valor da tensão, etc. 22 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Transformadores de Corrente (TC’s): São utilizados também em medição e proteção elétrica. Através de um valor alto de corrente, fornece um pequeno sinal para o controle. Usado na medição de corrente, em cabines e painéis de controle de máquinas e motores. Consiste num anel circular ou quadrado, com núcleo de chapas de aço-sílicio e enrolamento com poucas espiras, que se instala passando o cabo dentro do furo, este atua como o primário. A corrente é medida por um amperímetro ligado ao secundário (terminais do TC). É especificado pela relação de transformação de corrente, com a do medidor sendo padronizada em 5A, variando apenas a escala de leitura e o número de espiras do TC. Relé fotoelétrico: Destinado a comandar automaticamente circuitos de iluminação, acendendo as lâmpadas ao anoitecer e apagando-as ao amanhecer. Tensão de alimentação de 110, 220VCA ou 24VCC. Para desenvolvimento de medidores ou reguladores de velocidade angular com indicação do sentido de rotação. O dispositivo consta de um disco óptico e um conjunto led – fototransistor A resistência elétrica do dispositivo varia com a força aplicada na superfície da membrana: a resistência varia entre aprox. 2MOhm e 1kOhm para forças entre 10g e 10Kg. Caudalímetro eletromagnético do tipo indutivo. O dispositivo gera uma tensão alternada de freqüência proporcional ao valor do caudal. 25 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari − Número de função: Os números de função 1 e 2 são próprios de contatos normalmente fechados e 3 e 4 próprios de contatos normalmente abertos. Os traços antes dos números indicam a seqüência. Os números de função 5 e 6 são próprios de contatos NF retardados na abertura, enquanto os números de função 7 e 8 são próprios de contatos NA adiantados no fechamento. 5 Contato normalmente fechado, atrasado na abertura. 6 7 Contato normalmente aberto, adiantado no fechamento. 8 − Número de seqüência: Os terminais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem ser marcado com o mesmo número de seqüência. Logo, todos os contatos de mesma função devem ter números de seqüência diferentes. 5.2 TERMINOLOGIA (Simplificada) A seguir estão termos da linguagem técnica no trabalho com circuitos de comando: − Corrente Nominal de Operação (Ie) Corrente que pode ser interrompida por um dispositivo de manobra, em condições normais de operação. − Corrente Nominal de Serviço (In) Corrente que é função das condições de operação de um circuito, determinada pelas condições de emprego, em função da qual são escolhidos os diversos dispositivos. − Corrente de Partida Corrente que um motor consome, quando ligado porém ainda em repouso. Seu valormédio é cerca de 6 a 8 vezes a corrente nominal nos motores de gaiola. − Corrente de Pico Máximo valor instantâneo de corrente, por exemplo no ato da ligação. 26 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari − Corrente Térmica ao ar livre (Ith) É a máxima corrente utilizada para testes de ensaio da elevação da temperatura ao ar livre, em 8 horas sob carga. − Tensão Nominal (Vn) Valor eficaz da tensão pelo qual um dispositivo de manobra é designado. 5.3 ESPECIFICAÇÕES DO CONTATOR – PARÂMETROS − Definir categoria de Emprego − Identificar Corrente Nominal e Tensão Nominal. − Identificar Tensão de Comando da Bobina. − Definir número de Contatos Auxiliares. − Verificar vida útil quando aplicável. − Selecionar Relé de Sobrecarga. 5.4 CLASSIFICAÇÃO DOS CONTATORES A classificação dos contatores é feita em categorias para orientar o usuário para não usar um contator não adequado para a sua aplicação. Um usuário não informado pode empregar um contator muito caro com uma vida eletro-mecânica maior que a necessária, ou, ao contrário, usar um contator de baixo custo com vida eletro-mecânica menor que a necessária. A norma IEC 947-4 apresenta a seguinte classificação: Contatores em CA : − AC-1: se aplica a todos aparelhos em CA com fator de potência ≥0,95. Utilização: aquecimento, distribuição. − AC-2: se aplica aos motores de anéis: para partida, frenagem em contracorrente ou acionamento por pulsos. − AC-3: se aplica aos motores em Gaiola com interrupção de In. Utilização: elevadores, escadas rolantes, correias transportadoras, compressores, bombas, misturadores não metálicos, climatizadores. − AC-4: nestas categorias os contatores são empregados nos casos em que há frenagem por contracorrente e acionamento por pulsos tanto nos motores em gaiola como nos com anéis. Contatores em DC a IEC 947-4 estabelece a seguinte classificação: − DC-1: os contatores desta categoria se destinam a operar aparelhos cujas constante de tempo (C/R) é inferior ou igual a 1 ms. − DC-2: neste caso os contatores podem ser aplicados para partida, frenagem contracorrente bem como acionamento por impulsos de motores shunt; a constante de tempo deve ser inferior ou no máximo igual a 2 ms. − DC-5: os contatores desta classe são aplicados na partida, frenagem contracorrente e acionamento por pulsos de motores série com constante de tempo ≤ 7,5 ms. O contator deve ser capaz de estabelecer um pico de corrente com valor igual a 2,5 vezes corrente nominal e interromper a mesma corrente sob uma tensão que pode chegar a ser igual à da rede. Contator para manobra de motores com rotor gaiola, com desligamento em regime de carga. 27 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari 6. TENSÕES NO CIRCUITO TRIFÁSICO 6.1 DEFINIÇÕES A tensão entre duas fases quaisquer de uma linha trifásica é a mesma, sendo esta a sua referência de tensão (também chamada tensão de linha ou tensão entre fases). Transformadores (e outros elementos trifásicos como motores) podem ter seus enrolamentos ligados em dois arranjos distintos: triângulo e estrela. A Figura abaixo mostra o esquema típico de uma ligação de um transformador para a distribuição secundária. O primário tem seus enrolamentos ligados em triângulo e, assim, cada um recebe a tensão de 13,8 kV (poderia ser também em estrela mas foi colocado desta forma para visualizar as diferenças). Já o secundário tem os enrolamentos ligados em estrela e o nó central é chamado de neutro, o que adiciona um quarto condutor ao circuito (são os 4 fios que se vê na parte intermediária dos postes). O condutor neutro é geralmente ligado a um aterramento ficando, portanto, com um potencial nulo em relação à terra. Nesta configuração, a tensão entre fases é igual a 1,73 vezes a tensão entre fase e neutro. Esse arranjo dá uma flexibilidade na ligação aos consumidores. Para a maioria dos consumidores de pequeno porte os 127 V de uma fase e o neutro são suficientes, o que é chamado de ligação monofásica (só uma fase). Se o consumidor tem um número de cargas maior, pode ser interessante fornecer duas fases e o neutro (ligação bifásica), para um melhor equilíbrio de cargas na rede. Notar que o consumidor bifásico tem, além dos 127 V entre fases e neutro, a tensão de 220 V entre fases. Assim, ele pode optar por usar esta tensão para aparelhos de maior potência (chuveiro, por exemplo), a fim de reduzir o custo da instalação (bitola menor do condutor). A ligação trifásica deve ser usada se o número de cargas é ainda maior e/ou se existem equipamentos trifásicos como motores. Lembrar que motores trifásicos são mais simples e eficientes e apresentam menos problemas que os monofásicos. Para consumidores de grande porte (indústrias, supermercados, etc.) ligados à distribuição primária e que têm, portanto, suas próprias subestações, existem padrões mais elevados de tensão para menores custos das instalações. Valores usuais são 220/380 V ou 254/440 V ou maiores. Definindo: − Tensão de linha V: tensão entre duas fases da linha (primário). − Corrente de linha I: corrente que circula por cada fase (primário). − Tensão de fase Vf: tensão sobre a carga (secundário). − Corrente de fase If: corrente que circula pela carga (secundário). 30 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Para reduzir a tensão de entrada, podem ser usados: − Resistores ou indutores em série − Transformadores ou auto-transformadores − Chaves estrela-triângulo − Chaves compensadoras 7.3 CORRENTE DE PARTIDA Os motores elétricos são construídos obedecendo a normas, segundo o uso a que se destinam, que os padronizam conforme definições da NEMA ou da ABNT. (Deverá constar na plaqueta de identificação a letra correspondente ao seu padrão construtivo). A NEMA define os códigos de letras conforme a tabela abaixo: Letra Código KVA que o motor necessita para partida direta (por KVA) A 0,00 a 3,14 B 3,15 a 3,54 C 3,55 a 3,99 D 4,00 a 4,49 E 4,50 a 4,99 F 5,00 a 5,59 G 5,60 a 6,29 H 6,30 a 7,09 J 7,10 a 7,99 K 8,00 a 8,99 L 9,00 a 9,99 M 10,00 a 11,19 N 11,20 a 12,49 P 12,50 a 13,99 R 14,00 a 15,99 S 16,00 a 17,99 T 18,00 a 19,99 U 20,00 a 22,39 V 22,40 Para a ABNT, 5 códigos são definidos, conforme a tabela seguinte: Letra Código Corrente de partida direta (Motores com enrolamento tipo gaiola) A ALTA Até 6 x IN B NORMAL 3,80 a 6,00 x IN C NORMAL 3,80 a 6,00 x IN D NORMAL 3,80 a 6,00 x IN F BAIXA Até 4 x IN Onde: IN = Corrente Nominal do motor. IP = Corrente de Partida do motor. 31 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari 8. PARTIDA DE MOTORES 8.1 DEFINIÇÕES Para o uso de grandes motores, devemos ter um cuidado especial na partida, pois nesses casos, como a corrente de partida nos motores chega a 8 vezes em média o valor da corrente nominal, a rede deverá fornecer valores muito grandes de corrente, o que pode causar uma série de danos ao sistema elétrico e aos próprios motores. Para minimizar os efeitos da partida desses motores usamos métodos para diminuir a corrente na partida. Veremos alguns deles, principalmente a partida usando chave estrela/triângulo. 8.2. TIPOS DE PARTIDA 8.2.1 Chave de Partida direta manual É o método mais simples, em que não são empregados dispositivos especiais de acionamento. A chave de comando direto existe em grande número de modelos e diversas capacidades de corrente. Os motores somente podem partir diretamente desde que sejam satisfeitas as seguintes condições: − A corrente nominal da rede é tão elevada que a corrente de partida do motor não é relevante; − A corrente de partida do motor é de baixo valor porque sua potência é pequena; − A partida do motor é feita sem ou com mínima carga, o que reduz a corrente de partida. Nas concessionárias de fornecimento de energia elétrica permite-se partida direta de motores trifásicos até 5 CV em 220V e de 7,5CV em 380V. 8.2.2 CHAVES ESTRELA/TRIÂNGULO Na escolha da chave ET, deve-se considerar que no momento da partida (Y) em estrela, a corrente e o momento de partida ficam reduzidos a aproximadamente 1/3 dos seus valores correspondentes na ligação direta. Destinam-se a partida de motores trifásicos com rotor em curto-circuito. Este tipo de chave somente se aplica para motores cuja tensão nominal em triângulo coincide com a tensão nominal entre fases da rede alimentadora, portanto um motor 220/380 Y não pode ser ligado com chave estrela triângulo em uma rede de 380 V entre fases. é fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V, em 380/660V ou 440/760V. 32 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Os motores deverão ter no mínimo seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugado do motor é suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida. Na ligação estrela, a corrente fica reduzida para 25 a 33% da corrente de partida na ligação triângulo. O conjugado resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de partida do motor nem a corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor inaceitável. Existem casos onde este sistema de partida não pode ser usado. Motores que possuem tensão nominal de operação acima de 660V deverão possuir um sistema de isolação especial, apto a esta condição. São empregadas para o arranque de motores trifásicos, tendo por finalidade reduzir a corrente de partida, de modo a limitar a queda de tensão na linha de alimentação. A utilização deste tipo de chave é muitas vezes imposta pela própria concessionária de energia elétrica de forma a não sobrecarregar suas linhas por ocasião da partida de motores elétricos de potência mais elevada (consulte a concessionária da região onde será feita a instalação). Existem casos que pelas características de algumas máquinas, obrigatoriamente devemos utilizar este tipo de chave. São máquinas com volantes superdimensionados (prensas em geral), trefiladeiras, esteiras transportadoras, máquinas injetoras, picadeiras, etc. A chave estrela triângulo em geral só pode ser empregada em partidas de máquinas em vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido a rotação nominal, a carga poderá ser aplicada. 8.2.2.1 Chaves Manuais Estrela-Triângulo: Como o próprio nome sugere, necessita de um operador para realizar a comutação de estrela para triângulo. O motor é energizado com Vn/1,73 até se aproximar de sua velocidade nominal e nesse instante o operador muda a chave para a outra posição em que o motor passa a ser alimentado com sua tensão nominal. É necessário que os terminais das bobinas sejam acessíveis para que sejam feitas as conexões. Na alimentação são instalados disparadores de sobrecarga em duas fases para desligamento em caso de sobrecarga no motor. É instalada também uma bobina de tensão nula entre duas fases da alimentação, o que permite desligar o motor remotamente, desligar o motor em caso de sobrecarga diretamente em duas fases e indiretamente na terceira fase. Continuava a ser necessária a partida no local, o uso de fusíveis para proteção contra os curto-circuitos e não se podia melhorar o torque de partida que ficava reduzida a (1/3), já que ele é proporcional ao quadrado da tensão aplicada na hora da partida. 8.2.2.2 Chaves Estrela-Triângulo automáticas Com a melhoria da qualidade dos contatores e o abaixamento do seu custo, as chaves manuais foram substituídas por chaves automáticas constituídas por conjuntos de contatores dentro de uma caixa metálica. Com isto foram suprimidas algumas das desvantagens das chaves manuais e as novas chaves permitiram: • Partida e parada no local ou à distância. • Disparadores de sobrecarga nas três fases • Desligamento da chave quando há falta de tensão qualquer das 3 fases. • Dispensar o uso de fusíveis pelo uso de modernos disjuntores limitadores. • Durabilidade elevada, de acordo com a vida elétrica dos contatores • Passagem da posição partida para a posição marcha automaticamente, comandada por disparadores de tempo ajustados para cada caso e sensores de velocidade instalados nos motores. 8.3 APLICAÇÃO Guinchos, prensas viradeiras, prensas excêntricas, prensas guilhotina, máquinas operatrizes em geral, máquinas agrícolas, construção civil e outras. 35 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Acima estão esquemas de vários tipos de circuitos de partida, que são utilizados em diferentes situações. A parte do circuito mais escura é o circuito principal (corrente alta) e a parte mais clara é o circuito de comando (corrente baixa). 8.5 ACIONADORES DE PARTIDA SUAVE (SOFT STARTER) Um acionador de partida suave é uma outra forma de acionador de partida de tensão reduzida para os motores de indução de C.A. O funcionamento do acionador de partida suave é similar à inserção de uma resistência em série com a fonte do motor. Inicia-se com um grande valor de resistência e, a medida que a velocidade do motor vai se aproximando da nominal, o valor dessa resistência vai diminuindo suavemente, evitando variações bruscas na velocidade. O acionador de partida suave emprega dispositivos de estado sólido para controlar o fluxo e conseqüentemente a tensão aplicada ao motor. Na teoria, os acionadores de partida suave podem ser conectados em série com a tensão de linha aplicada ao motor, ou podem ser conectados dentro do laço do delta de um motor conectado em delta, controlando a tensão aplicada a cada enrolamento. 8.5.1 Controle da Tensão O controle da tensão é conseguido por meio de dispositivos de estado sólido, que funcionam como chaves em série em uma ou mais fases. Os componentes abaixo são utilizados como chaves de estado sólido: 1 TRIAC conectado por fase 1 SCR e 1 diodo em anti-paralelo conectados. 2 SCR em anti-paralelo conectados por fase. 8.5.2 Chaves de estado sólido A tensão média é controlada variando o ângulo da condução das chaves. Aumentar o ângulo da condução aumentará a tensão média da saída. Controlar a tensão média da saída por meio de chaves do estado sólido tem algumas vantagens. Uma delas é a melhoria da eficiência na partida, devido às menores perdas de energia. Uma outra vantagem do acionador suave de partida é que a tensão média pode facilmente ser alterada para servir a outras circunstâncias requeridas. Pela variação do ângulo da condução, a tensão da saída pode ser aumentada ou reduzida, e esta pode ser conseguida automaticamente por controle eletrônico. O acionador de partida suave pode ser projetado controlar somente uma fase, reduzindo o torque mas não a corrente em duas fases, (o conjunto SCR/diodo não pode ser usado nesta conexão) Ou duas fases, que reduzem o torque, mas a corrente não será reduzida nem serão balanceada, e poderão aparecer correntes de seqüência negativa que aquecem o rotor e que reduzem o torque de partida (SCR/diodo não pode ser usado nesta conexão). 36 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Ou três fases, reduzindo a corrente e o torque, fornecendo os melhores resultados para o torque gerado na partida. Gráfico demonstrativo da variação da tensão, desde o menor valor na partida até o valor nominal. Notamos que não há variação brusca de tensão acontecendo o mesmo com a velocidade. O tempo de subida é ajustável. Chave Soft Starter SIRIUS compacta para motores de baixa potência 9. BOTÕES 9.1 DEFINIÇÕES São os componentes que nos permitem realizar os acionamentos nos circuitos, como ligar e desligar motores, acionar ou desligar bombas, etc. São encontrados em diversos tipos e tamanhos, de acordo com sua utilização. Nas próximas figuras aparecem alguns tipos. Botão acionador simples, em várias cores 37 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Botão cogumelo sem trava, várias cores Botão de Emergência: gira ou puxa para soltar Botão de emergência com chave 10. SINALEIROS 10.1 DEFINIÇÕES Tem a finalidade de indicar o status de um circuito, facilitando para os operadores o reconhecimento das diversas situações da operação. Nas figuras abaixo estão alguns exemplos. Sinaleiro Difuso Sinaleiro Refratário várias cores 40 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari 12. FÓRMULAS PARA CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA 41 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari BIBLIOGRAFIA − Anzenhofer et al, ``Eletrotécnica para Escolas Profissionais". Ed. Mestre Jou. − WEG, Manual de Acionamentos Elétricos. − Ohms Material Elétrico e Eletrônico – catálogo de equipamentos – www.ohm.com.br − PLANO P, - (16) 237.2589 - ARARAQUARA/SP-BRASIL – material didático, apostilas − Eletrônica Industrial – Editora HEMUS – 3 vol − SIEMENS Automação – equipamentos eletroeletrônicos – www.siemens.com.br − WEG motores e eletroeletrônica – catálogo de equipamentos − Metalex material eletroeletrônico – www.metalex.com.br − Induspel eletroeletrônica – www.induspel.com.br − Engro instrumentos elétricos – www.engro.com.br